JP2022055389A

JP2022055389A - 燃焼装置

Info

Publication number: JP2022055389A
Application number: JP2020162792A
Authority: JP
Inventors: 真伍杉岡; Shingo Sugioka; 和也武田; Kazuya Takeda
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-04-08
Anticipated expiration: 2040-09-29
Also published as: JP7479268B2; CN114321972A; TW202219432A; BR102021019588A2

Abstract

【課題】引張燃焼式の燃焼装置において、燃焼状態の悪化や熱効率低下を抑えつつ、燃焼筐の外壁や遮熱板の冷却を促進して過熱を防止することができる燃焼装置を提供する。【解決手段】内部にバーナ４を収容する燃焼室３を有する燃焼筐１の内面に遮熱板１２を設ける。燃焼ファンを燃焼排気の流動方向下流側に配置して引張燃焼式の燃焼装置を構成する。燃焼筐１の外壁の一部領域の周囲に遮熱板１２を当接させ、燃焼筐１の外壁と遮熱板１２との間に閉空間部１５を形成する。閉空間部１５に空気を導入する空気導入穴１７を設ける。閉空間部１５の空気を燃焼室３に流出させる流出開口部１８を設ける。【選択図】図２

Description

本発明は、バーナに燃焼用空気を供給するための燃焼ファンが、バーナから生じる燃焼排気の流動方向下流側に配置された引張燃焼式の燃焼装置に関する。

従来、四角筒状の燃焼筐の内部に、一方向に長手のバーナが、その長手方向に直交する方向に複数並べて配置され、燃焼筐の外壁の内面に隙間を存して遮熱板が設けられた燃焼装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このものでは、バーナに燃焼用空気を供給するための燃焼ファンが、バーナより上流側に配置されている。

特願２０１６－１２５６８４号公報

ところで、燃焼ファンがバーナの上流側に配置されている燃焼装置以外に、燃焼ファンがバーナの下流側に配置されている引張燃焼式といわれる燃焼装置も存在する。

燃焼ファンが燃焼室の下流側に配置されている燃焼装置の場合、燃焼筐の内部の燃焼室全体に対して負圧が均一に作用する。これにより、燃焼筐の外壁や遮熱板を狙って冷却空気を流すことはできず、冷却不足になって燃焼筐の外壁や遮熱板が過熱されるおそれがある。

そこで、燃焼ファンの回転数を上げて全体の空気量を増やすことが考えられるが、過剰な燃焼用空気の供給や、大量の空気の流動により、燃焼状態の悪化や熱効率低下が生じるおそれがある。

上記の点に鑑み、本発明は、引張燃焼式の燃焼装置において、燃焼状態の悪化や熱効率低下を抑えつつ、燃焼筐の外壁や遮熱板の冷却を促進して過熱を防止することができる燃焼装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、本発明は、内部にバーナを収容する燃焼室を有する燃焼筐の内面に遮熱板が設けられ、前記バーナに燃焼用空気を供給するための燃焼ファンが、前記バーナから生じる燃焼排気の流動方向下流側に配置された引張燃焼式の燃焼装置において、前記燃焼筐の外壁の一部領域の周囲に前記遮熱板が当接することにより前記燃焼筐の外壁と前記遮熱板との間の前記一部領域に形成された閉空間部と、前記閉空間部を形成している位置の前記燃焼筐の外壁に形成されて、前記閉空間部に空気を導入する空気導入穴と、前記閉空間部を形成している位置の前記遮熱板に形成されて、前記閉空間部の空気を前記燃焼室に流出させる流出開口部とを備えることを特徴とする。

上記構成により、燃焼筐の外壁の一部領域と遮熱板とにより形成されている閉空間部は、空気導入穴と流出開口部とによって内部を新鮮な外部空気が通過するようになっている。このときの外部空気により、閉空間部の位置における燃焼筐の外壁と遮熱板とが冷却される。

閉空間部を形成するための燃焼筐の外壁の一部領域は、所望の位置に設定することができる。しかも、閉空間部は、燃焼筐の外壁と遮熱板との当接により、周囲が閉じられている。この閉空間部において高い冷却効果が望める外部空気を導入して冷却する。

これにより、例えば、遮熱板及び燃焼筐の外壁において最も高温となる部位に閉空間部を設けて、少ない外部空気の量で当該部位を効率よく冷却することができる。よって、比較的少ない（必要最小限の）外部空気を導入して冷却が最も必要な位置を集中して冷却することにより、外部空気を導入することによる燃焼状態の悪化や熱効率低下を極めて小さく抑えることができる。

また、本発明の燃焼装置は、燃焼ファンがバーナよりも下流に設けられている引張燃焼式であるので、バーナの燃焼中には燃焼筐の内部が負圧になる。これにより、空気導入穴から燃焼筐の外部へ燃焼排気が漏れることはない。そして、空気導入穴の大きさや数量等を設定することで、所望の空気量を正確に導入することができる。

以上のように、本発明によれば、燃焼状態の悪化や熱効率低下への影響を最小限に抑えることができ、しかも、十分な冷却を効率よく行うことができる。

なお、前記閉空間部の具体的な態様としては、前記一部領域に対応する位置の遮熱板を燃焼室に向かって膨出させ、その膨出部分の周囲に燃焼筐の外壁を当接させることが挙げられる。

更に好ましい態様として、前記閉空間部は、前記燃焼筐の外壁の前記一部領域から外方へ膨出する第１凸部と、前記燃焼筐の外壁の前記第１凸部の周囲に当接する前記遮熱板とにより、前記第１凸部の内部に形成されていることを特徴とする。

閉空間部を構成する第１凸部は、燃焼筐の外方に膨出しているため、閉空間部はバーナの炎から離れた位置に形成され、バーナの炎の熱の影響を受け難い。

また、本発明において、前記遮熱板は、前記第１凸部に対応する位置で前記閉空間部の内部に膨出する第２凸部を備えることを特徴とする。

第２凸部は、閉空間部の内部に膨出する形状に設けられていることにより、閉空間部の位置における遮熱板をバーナの炎から遠ざけることができ、遮熱板の過熱を一層防止することができる。

また、本発明において、前記流出開口部は、前記バーナより下流側であって、且つ、前記空気導入穴より下流側に形成されていることを特徴する。

これにより、空気導入穴から閉空間部に入って流出開口部から燃焼室に向かう外部空気の流れを、燃焼排気の流れに沿ったものとすることができ、円滑な外部空気の流れによって燃焼筐の外壁及び遮熱板を効率よく冷却することができる。

また、本発明において、前記遮熱板は、前記流出開口部の下流側の端部から前記閉空間部内の上流側に向かって前記燃焼筐の外壁に接近する方向に傾斜する傾斜片を備えることを特徴とする。

空気導入穴から閉空間部に入って流出開口部へ向かう外部空気は、傾斜片に接して案内されて、流出開口部から燃焼室に流入する。傾斜片は、閉空間部内の上流側に向かって燃焼筐の外壁に接近する方向に傾斜している。これにより、傾斜片に案内されて燃焼室に入った外部空気は、燃焼室内を流れる燃焼排気に対して鋭角に接し、燃焼室に入った後も、遮熱板に沿った流れを形成する。これにより、流出開口部の下流域における遮熱板も冷却することができる。

また、本発明において、前記遮熱板に連続して設けられ、前記閉空間部より上流側、且つ前記バーナより下流側に位置して前記燃焼筐の内面を覆う覆壁板を備えることを特徴とする。

引張燃焼式の燃焼装置は、バーナの炎口からの燃料ガス噴出に燃焼空気が引っ張られて渦による乱流が発生し易く、燃焼排気がバーナの下流の燃焼筐の外壁に触れて燃焼筐の外壁が過熱される場合がある。

本発明によれば、覆壁板を設けたことにより、燃焼排気の流れが乱れても燃焼筐の外壁への燃焼空気の接触を防止することができ、燃焼筐の外壁の温度上昇を抑えることができる。

本発明の実施形態の燃焼装置の要部を示す説明的斜視図。本実施形態の燃焼装置における燃焼筐及び熱交換筐の説明的断面図。遮熱板を示す説明的斜視図。閉空間部を示す説明的断面図。第２凸部の変形例を示す説明的斜視図。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の燃焼装置は、給湯器の熱源機として用いられており、図１に示すように、燃焼筐１と熱交換筐２とを備えている。

図２に示すように、燃焼筐１の内部には、燃焼室３が形成されている。燃焼室３の内部には、上端に炎口４ａを有する複数のバーナ４が設けられている。各バーナ４は、一方向（本実施形態では前後方向という）に長手となる細長い形状に形成されており、それらのバーナ４が、長手方向に直交する方向（本実施形態では横方向という）に並べて設けられている。

熱交換筐２の内部には、被加熱物となる給湯用の熱交換器５が収容されている。熱交換筐２の上部（燃焼排気の流動方向下流側）には図外の燃焼ファンが接続されている。

燃焼ファンは、バーナ４の燃焼によって生成された燃焼排気を、排出方向へ強制的に流動させる。このとき、燃焼室３が負圧となり、バーナ４の下方に形成された図外の給気室に外部から燃焼用空気が引き込まれる。
このようにして、燃焼用空気を引っ張り供給することにより、本実施形態の燃焼装置は、引張燃焼式燃焼装置と呼ばれる。

互いに隣り合う各バーナ４間には、通気可能な隙間が形成されている。各バーナ４の下方の空気は、これらの隙間から燃焼室３へ向かう際にバーナ４に二次空気として供給される。

燃焼筐１は、略四角筒状に形成され、前後側に位置して起立状態で互いに対向する一対の第１燃焼部外壁６と、左右側に位置して起立状態で互いに対向する一対の第２燃焼部外壁７とを備えている。両第１燃焼部外壁６は、各バーナ４の前後端側に位置し、両第２燃焼部外壁７は、各バーナ４の左右側に位置する。

図１及び図２に示すように、一方の第１燃焼部外壁６には、バーナ４を点火する点火電極８の基端部と、バーナ４の燃焼を検知するフレームロッド９の基端部とが支持されている。

熱交換筐２は、燃焼筐１に連続する略四角筒状に形成され、第１燃焼部外壁６の上縁に連続して一体に形成された第１熱交部外壁１０と、第２燃焼部外壁７の上縁に連結された第２熱交部外壁１１とを備えている。第２熱交部外壁１１は、その前後端が第１熱交部外壁１０の左右端に連結されて筒状に形成されている。
図２及び図３に示すように、燃焼室３には、第１燃焼部外壁６の内面を覆う遮熱板１２と、遮熱板１２に連続する覆壁板１３とが設けられている。

燃焼筐１の第１燃焼部外壁６の一部領域には、外方へ膨出する第１凸部１４が形成されている。第１凸部１４は、バーナ４よりも上方（バーナ４の下流側）に位置しており、第１凸部１４の燃焼室３側は、遮熱板１２によって覆われている。第１凸部１４は、図３に示すように、略四角形状に形成されている。

遮熱板１２は、第１燃焼部外壁６の内面側を覆うことにより、第１凸部１４の周囲に燃焼室３側から当接する。これにより、第１凸部１４によって形成された第１燃焼部外壁６の内面側の凹みには、第１凸部１４の外周を遮熱板１２により閉じた状態とされた閉空間部１５が形成される（図４参照）。

閉空間部１５に対応する位置における遮熱板１２には、閉空間部１５の内部に向かって膨出する第２凸部１６が形成されている。第２凸部１６は、第１凸部１４よりも少し小さい略四角形状に形成されている。第２凸部１６は、図２及び図３に示すように、燃焼室３側からみて凹部となる。

図１に示すように、第１凸部１４が形成されている部分の第１燃焼部外壁６には、複数の空気導入穴１７が形成されている。空気導入穴１７は、第１燃焼部外壁６を貫通して閉空間部１５内に外部の空気を導入するために設けられている。

図３に示すように、第２凸部１６の上方で閉空間部１５を覆う位置の遮熱板１２には、流出開口部１８が形成されている。流出開口部１８は、遮熱板１２を貫通して閉空間部１５内から燃焼室３内に空気を流出させるために設けられている。流出開口部１８は、空気導入穴１７よりも上方（燃焼排気の流動方向下流側）に配設されている。

更に、流出開口部１８の上縁には、図４に示すように、傾斜片１９が設けられている。傾斜片１９は、遮熱板１２から流出開口部１８を切り抜く際に、流出開口部１８に対応する位置の遮熱板１２を閉空間部１５の内側に折り曲げ遊離させることで、流出開口部１８と同時に形成することができる。流出開口部１８が横長形状であれば、傾斜片１９も横長形状に形成することができるので、傾斜片１９が補強リブのように作用して遮熱板１２の強度が向上する。

第１燃焼部外壁６と遮熱板１２とによって閉空間部１５を形成し、空気導入穴１７と流出開口部１８とにより外部の空気が閉空間部１５の内部を通過することで、閉空間部１５を形成している部分の第１燃焼部外壁６及び遮熱板１２が冷却される。即ち、閉空間部１５を設けた部分を重点的に冷却することができる。

前述の通り、本実施形態の燃焼装置は、引張燃焼式が採用されている。引張燃焼式の給湯装置であることにより、燃焼運転中（燃焼ファンの作動中）は、燃焼室３が負圧になる。従って、閉空間部１５では、空気導入穴１７から流出開口部１８への流れが生じるため、空気導入穴１７から燃焼室３内の燃焼排気が漏れることがない。

また、閉空間部１５は、第１凸部１４と遮熱板１２とによって適宜の大きさに形成することができ、閉空間部１５に導入する空気の量は、空気導入穴１７の大きさや数によって容易に設定することができる。そして、第１燃焼部外壁６の所望の位置に閉空間部１５を設ければ、当該位置を重点的に冷却することが可能となる。

よって、第１燃焼部外壁６のうち、最も高温となる部分に閉空間部１５を設け、空気導入穴１７からの空気の導入量を冷却に必要な最小限の量に設定する。こうすることにより、燃焼室３に流れ込む外部からの空気量を小さく抑えながら、第１燃焼部外壁６及び遮熱板１２を効率よく冷却することができる。

更に、閉空間部１５に導入された空気が流出開口部１８から燃焼室３に向かうとき、流出開口部１８の上縁に沿って設けられた傾斜片１９に接して斜め上方に案内される。これにより、閉空間部１５から燃焼室３に入る空気を、燃焼室３内を流れる燃焼排気の流れに並行させて、燃焼排気と遮熱板１２との間に流すことができ、遮熱板１２の温度上昇を抑えることができる。

覆壁板１３は、第１凸部１４よりも下方で、バーナ４より上方となる位置（第１凸部１４より燃焼排気の流動方向上流側、且つバーナ４より燃焼排気の流動方向下流側）に設けられている。

図３に示すように、覆壁板１３は、その下端部に第１燃焼部外壁６との間を閉塞する閉塞部２０を備えている。閉塞部２０によって、覆壁板１３と第１燃焼部外壁６との間への空気の侵入が阻止される。一方、覆壁板１３の下端部に設けた閉塞部２０が、覆壁板１３とバーナ４との間に空気を案内する。

これにより、覆壁板１３とバーナ４との間を通過する空気のエアーカーテン効果により、バーナ４の炎が覆壁板１３及び遮熱板１２の方向へ倒れることが防止でき、覆壁板１３及び遮熱板１２の過熱を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、第１凸部１４に対向する略四角形状の平坦な面を備える第２凸部１６を遮熱板１２に設けた例を示したが、本発明の第２凸部は本実施形態で示した形状に限るものではない。

例えば、図５に示すように、遮熱板１２の第２凸部１６の略四角形状の面に、縦方向に延びる細長形状の複数の溝状部２１（非貫通）を互いに所定間隔を存して横方向に複数並べて形成してもよい。これによれば、比較的狭い範囲に設けられている第２凸部１６の実質的な表面積を大きくすることができ、遮熱板１２冷却効果を向上させることができる。

また、本実施形態においては、燃焼ファンを上方に配置して燃焼室３の内部を燃焼排気が下方から上方へ流れる（燃焼筐１の上部に熱交換筐２が設けられた）燃焼装置を挙げて説明したが、本発明は、燃焼ファンを下方に配置して燃焼室の内部を燃焼排気が上方から下方へ流れる（本実施形態の上下を反転させた構成の）燃焼装置であっても好適に採用できて同様の効果を得ることができる。

１…燃焼筐、３…燃焼室、４…バーナ、１２…遮熱板、１４…第１凸部、１５…閉空間部、１７…空気導入穴、１８…流出開口部、１６…第２凸部、１９…傾斜片、２０…覆壁板。

Claims

内部にバーナを収容する燃焼室を有する燃焼筐の内面に遮熱板が設けられ、前記バーナに燃焼用空気を供給するための燃焼ファンが、前記バーナから生じる燃焼排気の流動方向下流側に配置された引張燃焼式の燃焼装置において、
前記燃焼筐の外壁の一部領域の周囲に前記遮熱板が当接することにより前記燃焼筐の外壁と前記遮熱板との間の前記一部領域に形成された閉空間部と、
前記閉空間部を形成している位置の前記燃焼筐の外壁に形成されて、前記閉空間部に空気を導入する空気導入穴と、
前記閉空間部を形成している位置の前記遮熱板に形成されて、前記閉空間部の空気を前記燃焼室に流出させる流出開口部とを備えることを特徴とする燃焼装置。
請求項１記載の燃焼装置において、
前記閉空間部は、前記燃焼筐の外壁の前記一部領域から外方へ膨出する第１凸部と、前記燃焼筐の外壁の前記第１凸部の周囲に当接する前記遮熱板とにより、前記第１凸部の内部に形成されていることを特徴とする燃焼装置。
請求項２記載の燃焼装置において、
前記遮熱板は、前記第１凸部に対応する位置で前記閉空間部の内部に膨出する第２凸部を備えることを特徴とする燃焼装置。
請求項１～３の何れか１項記載の燃焼装置において、
前記流出開口部は、前記バーナより下流側であって、且つ、前記空気導入穴より下流側に形成されていることを特徴する燃焼装置。
請求項１～４の何れか１項記載の燃焼装置において、
前記遮熱板は、前記流出開口部の下流側の端部から前記閉空間部内の上流側に向かって前記燃焼筐の外壁に接近する方向に傾斜する傾斜片を備えることを特徴とする燃焼装置。
請求項１～５の何れか１項記載の燃焼装置において、
前記遮熱板に連続して設けられ、前記閉空間部より上流側、且つ前記バーナより下流側に位置して前記燃焼筐の内面を覆う覆壁板を備えることを特徴とする燃焼装置。